气动力对操纵稳定性的影响

1.气动升力和纵倾气动力矩的影响

气动升力具有举升汽车的作用，纵倾力矩具有使汽车车身仰倾（或俯倾）的作用。气动升力将减小车轮对地面的压力，从而使轮胎的附着力和侧偏刚度降低。

气动升力所导致的附着力减小将造成以下不良影响：对于整车而言，将不同程度地削弱汽车的抗侧滑能力；对于转向车轮而言，由于气动升力值与车速的平方成正比，气动升力数值之大可达几千牛，车轮上浮将使汽车的方向稳定性变差，轻则“发飘”，重则失控，尤其是对于车重较轻并以高速行驶的汽车影响特别大；对于驱动车轮而言，将使牵引力减小，并使滑动率增加。

绕质心y轴（横向）的气动纵倾力矩是因升力的作用而产生的，它将引起汽车前、后轴载荷的变化，汽车质心后移，给汽车发生过度转向埋下隐患。

正因为考虑到气动升力对汽车的操纵稳定性造成以上不良影响，所以才不能简单地用增大气动升力系数C_L来谋求最高车速、加速度、最大爬坡度的提高。

图5-4 几种汽车的等速每百公里燃油消耗量

图5-5 奥迪100轿车降低C_D值的燃油节省程度(www.xing528.com)

2.气动侧向力和横摆气动力矩的影响

作用于汽车的气流（包括自然风）不会总是与汽车的纵向对称面平行，当气流与汽车存在一个侧偏角时，汽车都会产生侧向力，这个侧向力称为气动侧向力。气动侧向力的作用点（即风压中心）不一定与汽车质心重合，如果该作用点位于质心之前或后一定的距离，便产生一个绕质心z轴（垂向）的横摆力矩，这个力矩称为横摆气动力矩。

如果气动侧向力足够大，它将使汽车相对于原直线行驶方向产生偏移，相应的横摆气动力矩将使汽车的行驶方向产生偏转。如侧向力的作用点落于汽车质心之前，横摆气动力矩将使汽车顺着风力的方向偏转；随着方向的偏转，侧偏角将相应地增大，增大了的侧偏角反过来又促使气动侧向力和横摆力矩加大，当侧偏角增大到90°时，方向偏离达到最大值，这一过程是汽车方向稳定性恶化的过程。如果侧向力的作用点后置，气动侧向力同样使汽车发生侧向偏移，但横摆力矩却使汽车发生逆风力方向的偏转，最终使车头逐步与风向对正，侧偏角逐步回零。由此可见，将侧向力作用点（风压中心）设计为后置一定的距离是有利于汽车侧风的稳定性的。

3.侧倾气动力矩的影响

当气动侧向力作用于汽车时，汽车的悬架质量（指悬架以上的车身）就会绕侧倾轴转动而产生位移和侧倾力矩。这一侧倾力矩会引起左、右车轮载荷的变化（亦即轴向载荷的变化），使一边车轮载荷增加，另一边车轮载荷减小。

轮胎侧偏刚度的变化会影响汽车的转向特性，而轮胎的侧偏刚度与垂直载荷有关（见图1-32和图1-33）。轮胎侧偏刚度在某一载荷下达到最大，大于或小于这个载荷时，侧偏刚度均下降。若同轴的左、右车轮垂直载荷差别越大，两边轮胎的平均侧偏刚度就越小，相应的轮胎侧偏角也就越大。由此可知，汽车在侧倾气动力矩的作用下，若汽车前轴左、右车轮垂直载荷变动量较大，会导致前轴轮胎的侧偏刚度较小、侧偏角较大，这将使汽车原来的不足转向量有所增加，有利于操纵稳定性；若汽车后轴左、右车轮垂直载荷变动量较大，会导致后轴轮胎的侧偏刚度较小、侧偏角较大，这将使汽车原来的不足转向量有所减小，有可能转变为过度转向，不利于操纵稳定性。

综上所述，只有空气动力特性良好的汽车才能保证其具有良好的动力性、经济性、操纵稳定性和舒适性，而最佳的外部造型才具有其生命力。随着用户对汽车使用性能要求的逐步提高，选择外部流线形好的汽车已是一种时尚的追求。因此可以说，汽车空气动力特性是决定汽车在市场竞争中能否取胜的重要性能。

风洞试验是汽车空气动力学研究的重要手段。世界上许多国家不惜花巨资建设全尺寸、全天候、实车环境风洞及模型风洞，以其作为开发高性能汽车的重要手段。